DE3807065C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Untersuchung des Bruchverhaltens gemäß Oberbegriff des Hauptanspru­ ches.

Aus der DE-OS 29 41 483 ist eine Einrichtung dieser Art bekannt. Sie weist eine senkrechte Führungsvorrichtung auf, in der sich eine Fallmasse befindet. Die Fallmasse wird auf ein, sich in einer Aufnahmevorrichtung befindli­ ches Objekt fallengelassen. Bei senkrechtem Fall der Fallmasse, ohne seitliche Führung derselben, besteht die Gefahr einer Drehung. Bei einer, mit einer Meßvorrrich­ tung ausgestatteten Fallmasse, kann dies besonders nach­ teilig sein. Nachteilig ist weiterhin, daß wegen der starren Zuordnung der Aufnahmevorrichtung und der Füh­ rungsvorrichtung zueinander, Untersuchungen, die weite Beanspruchungsbereiche mit einschließen müßten, insbeson­ dere auch Simulation von seitlichen Belastungen des zu untersuchenden Objektes, nicht möglich sind.

Daneben ist eine Vorrichtung z. B. aus der EP-PS 01 21 395 zum Testen von Strukturen mittels eines Schlagorganes be­ kannt. Dabei trifft der sich auf einem verfahrbaren Wagen befindliche Aufschlagkopf auf die zu untersuchende Ober­ fläche aus einer geringfügigen Entfernung auf. Mittels dieser Vorrichtung können keine hohen Aufprallgeschwin­ digkeiten erreicht werden. Darüber hinaus ist mit dieser Vorrichtung aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten nur Untersuchung von flächigen Oberflächen möglich. Beides schränkt die Einsatzgebiete sehr ein und führt dazu, daß diese Vorrichtung für Untersuchungen von komplizierten Gegenständen nicht geeignet ist.

Weiterhin ist aus der DE-OS 31 28 711 ein Schlagwerk zur Werkstoffprüfung bekannt, bei dem eine Schlagmasse längs einer horizontalen Bahn verschiebbar angeordnet ist. Die für die Untersuchungen notwendige, hohe Geschwindigkeit der Schlagmasse wird mittels eines Katapultwerkes er­ reicht. Da diese Einrichtung für Meßverfahren entwickelt wurde, bei denen es insbesondere darauf ankommt, daß wäh­ rend und nach dem Schlag keine von der Schwerkraft her­ rührenden Komponenten in Bewegungsrichtung der Schlagmas­ se wirken, ist sie teuer, kompliziert und aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Einrich­ tung so auszugestalten, daß bei herstellungstechnisch einfa­ cher und gebrauchsvorteilhafter Bauform eine praxisnahe Un­ tersuchung des Bruchverhaltens unter Berücksichtigung hoher Geschwindigkeiten durchgeführt werden kann.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Haupt­ anspruches angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Zur Folge dieser Ausgestaltung ist eine Einrichtung ver­ wirklicht, welche eine wirklichkeitsnahe Untersuchung des Bruchverhaltens von Fahrzeugrädern, Radnaben und Achs­ schenkeln ermöglicht. Mit der Einrichtung können solche Belastungsarten, wie sie beim Fahren über Bordsteine, Schlaglöcher oder unebene Fahrbahnen auftreten, simuliert werden. Die geneigte und in ihrem Neigungswinkel verstell­ bare Führungsvorrichtung erlaubt eine genaue Untersuchung von seitlichen Belastungen. Auch extreme Belastungsarten, wie sie z. B. beim Durchfahren von Weichenzungen und Kreuzstücken durch Weichenstöße auf die Schienenräder entstehen, können mit der erfinderischen Einrichtung un­ tersucht werden. Durch eine variable Einstellung des Nei­ gungswinkels der Führungsvorrichtung und die Winkelver­ stellbarkeit der Aufnahmevorrichtung kann die Hauptwir­ kungsrichtung der Aufprallkraft im Bereich von 0 bis 180 Grad untersucht werden, ohne daß die Aufspannung im Be­ reich über 90 Grad instabil wird.

Das Erreichen einer hohen Fallgeschwindigkeit ist mit der erfinderischen Einrichtung ohne weiteres möglich. Durch die Neigung der Führungsvorrichtung liegt die Fallmasse auf der unteren Bahn derselben. Ein Verkanten der Masse in der Füh­ rungsvorrichtung ist dadurch verhindert. Die Führungsvor­ richtung kann beliebig verlängert werden. Zwecks Verringe­ rung der Reibung und Verbesserung der Führung der Fallmasse in der Führungsvorrichtung ist diese innenseitig mit Paa­ ren von Gleit- und Führungsschienen ausgestattet, in die die Führungsschienen der Fallmasse eingreifen. Dieser Ein­ griff der Führungsschienen bildet eine Drehsicherung. Die auf diese Weise erreichte exakte Führung der Fallmasse er­ laubt ein Arbeiten mit einem genau definierten Aufschlags­ punkt.

Erfindungsgemäß kann die Führungsvorrichtung als ein kreis­ rundes Rohr ausgebildet werden. Der Rohrdurchmesser ist dabei variabel. Dadurch kann die Empfindlichkeit der Ein­ richtung erhöht werden. Bei Untersuchung von z. B. Bautei­ len, die eine geringe Bruchkraft erfordern, wird zweckmäßi­ gerweise ein Rohr mit einem kleineren Durchmesser und eine kleinere Fallmasse eingesetzt als bei Bauteilen, bei denen eine hohe Bruchkraft erforderlich ist. Dabei kann wahlweise das Rohr mit dem kleineren Durchmesser in das Rohr mit dem größeren Durchmesser eingeschoben werden. Ein Umbau der Einrichtung kann auch dahingehend erfolgen, daß das gesamte Führungsrohr ausgewechselt wird. Das Ineinanderschieben der Rohre wird vorzugsweise dann angewendet, wenn kurze und wechselnde Untersuchungsreihen gefahren werden. Die Fallhö­ he der Fallmasse kann nicht nur durch die Veränderung der Länge der Führungsvorrichtung variiert werden, sondern auch bei einer vorgegebenen Länge derselben durch Verstellung des Neigungswinkels stufenlos variabel eingestellt werden. Zwecks Erreichen höherer Fallgeschwindigkeiten bei einer vorgegebenen Fallhöhe kann die Fallmasse im Führungsrohr vorgespannt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß die Fallmasse mit einem mit dieser lösbar ver­ bundenen Aufschlagkörper ausgestattet ist. Dieser Auf­ schlagkörper besitzt eine Kraftmeßeinrichtung, um die Auf­ schlagkraft möglichst genau registrieren zu können. Der Aufschlagkörper ist mit einer Aufschlagfläche ausgestattet, deren geometrische Form verschiedenen Untersuchungsparame­ tern angepaßt werden kann. Durch die unterschiedliche werk­ stofftechnische Beschaffenheit der Aufschlagfläche ist die Möglichkeit gegeben, die Untersuchungen wirklichkeitsgetreu zu simulieren.

Durch die konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Ein­ richtung ist erreicht, daß sich nur der Ausgang der Füh­ rungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung für das zu untersuchende Objekt in einem Berstraum befinden müssen. Die manchmal auch erhebliche Längen aufweisenden Führungs­ vorrichtungen können sich außerhalb des Berstraumes befin­ den.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt der Einrichtung für Fahrzeugräder,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt der Einrichtung für Radnaben,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt der Einrichtung für Achs­ schenkel.

Die Vorrichtung besteht aus einem Führungsrohr 1, einer Fallmasse 2, einer Aufnahmevorrichtung 3 und einem Funda­ ment 4.

Das Führungsrohr 1 ist auf seiner der Fallmasse 2 zuge­ wandten Seite mit drei Paaren von Gleit- und Führungs­ schienen 5, 5 ausgestattet. Die Gleit- und Führungsschienen 5, 5 erstrecken sich über die gesamte Länge des Führungsroh­ res 1. An der Fallmasse 2 sind Führungsschienen 5′ vorgese­ hen, welche in die Führungsschienen 5, 5 des Führungsrohres 1 eingreifen und dadurch eine Verdrehsicherung bilden. An seinem unteren Ende ist das Führungsrohr 1 mit einer Ge­ schwindigkeitsmeßeinrichtung 7 und einer Einrichtung 8 zur Messung des Verformungsweges ausgestattet. Das Führungsrohr 1 bildet mit der Bodensenkrechten einen Winkel γ. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel γ etwa 15 bis 20 Grad.

Am oberen Ende der Fallmasse 2 befindet sich eine Meßein­ richtung 6 zur Messung der Beschleunigung. An dem dem zu untersuchenden Objekt zugewandten Ende der Fallmasse 2 ist mit dieser ein Aufschlagkörper 9 lösbar verbunden. Der Auf­ schlagkörper 9 besitzt eine Meßeinrichtung 10 zur Messung der Aufprallkraft. Die geometrische Form der Aufschlagflä­ che 11 des Aufschlagkörpers 9 sowie deren werkstofftechni­ sche Beschaffenheit ist den jeweiligen Untersuchungsbedin­ gungen angepaßt. Auch der Aufschlagkörper 9 selbst kann den Untersuchungsbedingungen entsprechend ausgewechselt werden.

Die Fallhöhe h kann bei konstanter Länge der Führungsvor­ richtung 1 durch die Neigungsverstellung (Winkel γ, β) stu­ fenlos geändert werden.

In der Aufnahmevorrichtung 3, welche aus einer Grundplat­ te 12 und einer verstellbaren Aufspannung 13 besteht, be­ findet sich ein Fahrzeugrad 14. Die Achse 14′ des in der Aufspannung 13 montierten Fahrzeugrades 14 bildet mit der Achse 1′ des Führungsrohres 1 einen Winkel α. Sowohl der Winkel α als auch der Winkel γ sind verstellbar und aufeinander abstimmbar. Die Möglichkeit der gleichzeitigen Verstellung der beiden Winkel α, γ und die Möglichkeit der Abstimmung der beiden Winkel a, γ aufeinander in Abhän­ gigkeit von den Untersuchungsbedingungen erlaubt eine Simu­ lation von betriebsgleichen Belastungsbedingungen. Das Fahr­ zeugrad 14 kann dadurch nicht nur unter definierten Lasten, sondern auch unter definierten Richtungen der Lasteinwir­ kung untersucht werden. Der Bereich der Untersuchung er­ streckt sich auf Winkel zwischen 0 und 180 Grad.

Die Grundplatte 12 ist auf den Federn 15 federnd auf dem Fundament 4 aufgestellt. Diese Federung 15 kann auf das Federverhalten des zu untersuchenden Bauteiles abgestimmt werden. Das Fundament 4 ist auf Gummilager 16 auf dem Boden aufgestellt.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 eignet sich zur Untersu­ chung von Radnaben 17.

Weiterhin kann die Einrichtung zur Untersuchung von Achs­ schenkeln 18 (Fig. 4) eingesetzt werden. Da es wesentlich ist, eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der Aufprallkraft so nah wie möglich an der Aufschlagfläche vorzusehen, wurde hier eine zusätzliche Einrichtung 10′ zur Messung der Auf­ prallkraft an dem Achsschenkelbolzen angeordnet.

Die Einrichtung kann auch universell zur Untersuchung des Bruchverhaltens von Werkstoffen eingesetzt werden.

Claims (11)

1. Einrichtung zur Untersuchung des Bruchverhaltens von Fahrzeugrädern mit einer Fallmasse, die sich in einer Führungsvorrichtung befindet und mit einer Aufnahme­ vorrichtung für das zu untersuchende Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1) unter einem von 90 Grad unterschiedlichen Winkel (β) gegen den Boden gerichtet ist und dieser Winkel (β) ein­ stellbar ist, und die Fallmasse (2) in der Führungs­ vorrichtung (1) geführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1) an ihrer, der Fall­ masse (2) zugewandten Seite mit Paaren von Gleit- und Führungsschienen (5, 5) ausgestattet ist und diese im Eingriff mit an der Fallmasse (2) angeordneten Führungsschienen (5′) stehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1) als ein kreisrundes Rohr ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (1) unterschiedliche Durchmesser aufweist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Län­ ge der Führungsvorrichtung (1) variabel ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fallhöhe (h) der Fallmasse (2) einstellbar ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fall­ masse (2) in der Führungsvorrichtung (1) vorgespannt werden kann.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fall­ masse (2) einem mit dieser lösbar verbundenen Auf­ schlagkörper (9) besitzt und der Aufschlagkörper (9) eine Kraftmeßvorrichtung (10) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlagkörper (9) mit einer Aufschlagfläche (11) versehen ist, die in ihrer geometrischen Form und Werkstoffbeschaffenheit variabel ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (β) zwischen 20 Grad und 80 Grad beträgt.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ nahmevorrichtung (3) eine winkelverstellbare Aufspan­ nung (13) aufweist.